磷素对典型有机污染物的土壤微界面行为的影响机理

土壤环境中共存外源物质对有机污染物的微界面行为的影响越来越引起人们的关注。磷素是土壤中重要的营养元素，由于大量外源磷素的输入会导致土壤微界面和溶液化学特征的显著变化，并可能会影响有机污染物的土壤微界面行为。但是目前有关磷素对有机污染物的土壤微界面行为的影响研究尚鲜见有报道。本项目拟研究不同形态磷素对典型有机污染物在有机碳及土壤微界面上的吸附/解吸、结合位点和老化过程等行为的影响，应用先进的光谱分析手段，从分子水平探讨磷素对土壤微界面和溶液化学性质的影响，认识磷素对有机污染物的土壤微界面行为的影响与磷素形态、污染物性质、界面性质等之间的关系，揭示影响有机污染物的界面过程的关键因素。希望通过本项目研究初步明确磷素对土壤中典型有机污染物界面过程的影响与相关机理，并加深对有机污染物环境化学行为的认识。

本项目围绕典型有机污染物土壤微界面过程、磷素影响特征及反应机制、有机污染物老化过程、原位谱学分析方法等关键词开展、完成6个方面的工作。应用核磁波谱、分子排阻色谱、原子力显微镜等技术分析了磷酸盐存在条件下土壤微界面溶液化学变化特征，指出土壤可溶性有机碳分子量组成趋于变大，并显著改变了土壤微界面电化学性质及土壤固相有机碳的组成比例，从而抑制了非极性有机污染物在土壤微界面上的吸附亲和力；揭示了共存重金属存在条件下，非极性有机污染物的土壤微界面吸附反应和老化过程的影响机制。针对有机污染物在土壤老化过程反应机制不明的现状，开展了典型多环芳烃化合物在农田土壤中老化反应机制的研究。结果表明，多环芳烃污染物在土壤中的老化过程可以分为快迁移和慢扩散两个过程，并分别受土壤微孔分布、土壤有机碳，特别是土壤硬碳含量的控制。考虑到国内目前针对有机污染物土壤微界面过程已经开展了较多的吸附解吸研究，本项目研究重点更加侧重基础理论探索。重点加强应用同步辐射X射线谱学等技术揭示典型有机污染物的土壤微界面过程及磷素的影响机制，而非局限于对某个有机污染物吸附、解吸行为的影响研究。特别是应用同步辐射C 1s NEXAFS技术分析了土壤腐殖质各组分的官能团组成及磷酸盐对胡敏酸、胡敏素官能团的影响特征，指出磷酸盐可以与胡敏酸中羧基官能团组分发生选择性替代反应而显著改变土壤腐殖质的组成特征，这一结果可以为理解磷素对污染物土壤微界面反应影响机制提供直接光谱学证据。同时应用同步辐射P 1s XANES技术研究了我国三种长期定位施肥土壤中磷素形态分布与转化规律，为我国农田土壤磷素管理和污染风险评价提供了科学依据。通过上述一系列研究工作，初步建立了一个适于土壤微界面过程表征的原位分析方法体系，可以为深入理解和认识有机污染物的土壤微界面过程反应机制提供方法学依据和光谱学证据。